INSTITUTO UNIVESITARIO POLITECNCO“SANTIAGO MARIÑO”SEDE DE BARCELONA

ESCUELA DE ARQUITECTRAESTRUCTURA IV

PROFESOR: Héctor Márquez BACHILLER: Osorio Abigail C.I:20.875.829

DISEÑO DE MIEMBROS ESTRUCTURALES EN

MADERA

FUNDACIONES EN

ESTRUCTU

RAS DE

MADERA

La madera es un material relativamente fácil de trabajar, transportar y ensamblar, que no requiere sino de herramientas sencillas y sistemas adecuados de uniones

Toda edificación requiere una base de sustentación encargada de recibir diferentes esfuerzos y transmitirlos al suelo. A esta base de sustentación se le denomina fundación.

La fundación aísla la edificación del terreno, resguardándola tanto dehumedad como del ataque de termitas y de otros insectos, factores gravitantes en lapérdida de resistencia de una estructura en madera.

PARA DISEÑAR Y DAR SOLUCIÓN A LA FUNDACIÓN ADECUADA, SE DEBEN CONSIDERAR LO SIGUIENTE:• Condiciones de carga• Características del suelo• Restricciones constructivas de la obraPRESENCIA DE AGUA EN EL TERRENO DE FUNDACIÓN AFECTA EN LO SIGUIENTE:• Capacidad de soporte del

suelo:Dependiendo del tipo de suelo (arcillas, arenas, gravillas, etc.), el agua afecta sus propiedades en diferentes formas.• Diseño de la fundación:Si la vivienda está emplazada en un terreno conpresencia de agua superficial, en zona lluviosa y conpendiente pronunciada, el agua puede socavar elsuelo circundante a las fundaciones, lo que hacenecesario protegerlas construyendo zanjas paradesviar las aguas.

• Materialización de la fundación:Cuando el sello de fundación se encuentra bajo el nivelde la napa, las condiciones y métodos para la ejecuciónde la fundación cambian ostensiblemente, repercutiendofuertemente en los costos.

FALLAS EN LAS FUNDACIONES :

1. Falla de la fundación por descenso.

Un descenso es ocasionado porvariadas razones:

La falla más común que se presenta en las fundaciones:

• Calidad del suelo.• Deficiente compactación del terraplén.• Vibraciones recepcionadas por el terreno que producen reubicación de los estratos finos.• Peso de la estructura.

2. Falla de la fundación por volcamiento.

3. Falla de la fundación por traslado.

• Vuelco de la fundación en torno a algún punto de giro, debido a mala distribución de la carga y/o estrato de suelo de diferente espesor y capacidad de soporte, y/o momentos volcantes no equilibrados.

• Traslado de fundación en forma normal al descenso ,situación que se presenta en aquellas estructuras donde los esfuerzos horizontales son preferenciales y la fricción en el terreno es insuficiente, debido al esfuerzo vertical que transmite la fundación al terreno de apoyo.

• Fundación superficial:Es aquella apoyada en estratos superficiales del terreno, siempre que tengan espesor y capacidad suficiente de soporte para absorber los esfuerzos que le son transmitidos, considerando como se expuso anteriormente, que de producirse asentamientos, estos sean admisibles para la vivienda que se materializa en dicho terreno. Esta fundación generalmente se materializa mediante zapatas y/o cimientos.• Fundación profunda:Es aquella que, dada la mala calidad o insuficiente capacidad de soporte del terreno superficial, debe profundizarse, ya sea para alcanzar los estratos que sí tienen la capacidad de soporte requerida (fundación soportante) o que por el roce entre la superficie lateral de la fundación y el terreno sesoporte la estructura (fundación de fricción). Esta fundación se materializa por medio de pilotes cilíndricos o prismáticos de madera, hormigón o metal, que sirven de fundación hincados en el suelo.

CLASIFICACIÓN DE FUNDACIONES:Las fundaciones se pueden clasificar, según el tipo de terreno sobre el cual se materializará la estructura:

FUNDACIONES MÁS UTILIZADAS EN VIVIENDAS CON ESTRUCTURA DE MADERA DE UNO Y DOS PISOS:Una de las características sobresalientes del sistema constructivo de estas viviendas

es el bajo peso de su estructura, comparado con los sistemas constructivos tradicionales (albañilería armada o reforzada y de hormigón), por lo que los esfuerzos transmitidos al suelo son bastante menores.Los tipos de fundaciones superficiales más utilizados en las viviendas con estructura de madera son :

• La fundación continua • La fundación aislada.

DISEÑO DE C

OLUMNAS

Las columnas son miembros verticales robustos de un sola pieza, encargada de la transmisión de cargas al suelo o cimiento, descansaran sobre una base solida o bien se encontraran hincados en el suelo, lo que contribuye eficazmente a la estabilidad de la estructura.

Los elementos de madera solicitados a carga axial, y carga axial más momento flector deben diseñarse con las hipótesis y ecuaciones tradicionales para columnas.

LAS COLUMNAS EN GENERAL SON DE: 

Generalmente se unen al techo mediante un ensamble a media madera, o en forma de U, como muestra en la figura:

• Compuesta

• Columnas macizas • Columnas de madera laminada, formadas por la unión de piezas.

De las numerosas variantes, solo ilustramos la mas utilizada, que consiste en dos tablas paralelas separadas por tacos de madera. El conjunto se prensa por medio de tornillos pasantes.

El diseño de elementos de madera sometidos a compresión o flexo-compresión está controlado por:

• Resistencia• Combinación de resistencia y estabilidad, o simplemente

estabilidad y en consecuencia se tienen columnas: Cortas, Intermedia y Largas

• Ensamblada

DISEÑO DE

VIGAS

Una viga es un elemento estructural que resiste cargas transversales. Generalmente, las cargas actúan en ángulo recto con respecto al eje longitudinal de la viga. Las cargas aplicadas sobre una viga tienden a flexionarla y se dice que el elemento se encuentra a flexión.

Por lo común, los apoyos de las vigas se encuentran en los extremos o cerca de ellos y las fuerzas de apoyo hacia arriba se denominan reacciones.

Además de la resistencia de la madera, caracterizada por los esfuerzos unitarios admisibles, el comportamiento de un miembro estructural también depende de las dimensiones y la forma de su sección transversal, estos dos factores se consideran dentro de las propiedades de la sección.

CENTROIDESEs el centro de gravedad de un sólido es un punto imaginario en el cual se considera que todo su peso está concentrado o el punto a través del cual pasa la resultante de su peso.

Cuando una viga se flexiona debido a una carga aplicada, las fibras por encima de un cierto plano en la viga trabajan en compresión y aquellas por debajo de este plano, a tensión. Este plano se conoce como la superficie neutra. La intersección de la superficie neutra y la sección transversal de la viga se conoce como el eje neutro.

PROPIEDADES DE LAS SECCIONES

Si se multiplica esta área infinitesimal por el cuadrado de su distancia al eje, se obtiene la cantidad ( a x z2). El área completa de la sección estará constituida por un número infinito de estas pequeñas áreas elementales a diferentes distancias por arriba y por debajo del eje X-X.

c

X

Y

a

z

Yb

Xh

El momento de inercia se define como la suma de los productos que se obtienen al multiplicar todas las áreas infinitamente pequeñas por el cuadrado de sus distancias a un ejeEn la figura se ilustra una sección rectangular de ancho b y alto h con el eje horizontal X-X que pasa por su centroide a una distancia c =h/2 a partir de la cara superior. En la sección, a representa un área infinitamente pequeña a una distancia z del eje X-X.

MOMENTO DE INERCIA

DEFLEXIONES MÁXIMAS PERMITIDASLos elementos de madera solicitados a cargas, y otras acciones, que produzcan flexión vigas, viguetas, entablados, etc., se diseñarán en la suposición que el material es homogéneo, isotrópico y que cumple la ley de Hooke en consecuencia las dimensiones de las piezas serán las que resulten del cálculo con las ecuaciones clásicas para los esfuerzos de tracción, compresión y corte en las secciones críticas.Las secciones escogidas deben satisfacer los esfuerzos admisibles de tracción, compresión y corte paralelo a las fibras, recomendados en la Bibliografía especializada en particular el Manual para diseño de maderas del Grupo Andino. Adicionalmente las deflexiones deben limitarse a fin de no perjudicar el buen funcionamiento y la apariencia de la estructura. Las deflexiones máximas deben calcularse para los casos indicados.

• Combinación más desfavorable de cargas permanentes y sobrecargas de servicio.

• Sobrecargas de servicio actuando solas

DEFLEXIONES MÁXIMAS PERMITIDASEl cálculo y limitación de las deflexiones es responsabilidad del calculista, sin embargo para construcciones residenciales se usarán los valores indicados en la tabla

DEFORMACIONES DIFERIDASLos elementos de madera sujetas a flexión incrementa las deflexiones cuando la carga se mantiene largos períodos de tiempo al diseñar las vigas, se debe tener en cuenta el efecto indicado. Las deflexiones totales pueden entonces estimarse como aquellas debidas a las cargas de aplicación continua multiplicadas por 1.8, más aquellas producidas por el resto de las cargas sin modificación.

REQUISITOS DE RESISTENCIALos esfuerzos de tracción y compresión producto de los momentos flectores no deben exceder los valores admisibles de la siguiente tabla, de acuerdo al grupo de madera escogido para el diseño.

DEFORMACIONES DIFERIDASLos máximos esfuerzos de tracción, compresión y corte se calcularán con las ecuaciones clásicas de la Resistencia de Materiales, suponiendo material homogéneo, isotrópico y que cumple la Ley de Hooke. El esfuerzo cortante máximo admisible, paralelo a las fibras, consta en la tabla 8.4 del Manual. Igualmente si hay una acción garantizada de conjunto los valores de la tabla se pueden incrementar un 10%. El esfuerzo cortante perpendicular a las fibras es mucho mayor que el esfuerzo paralelo a las fibras y en consecuencia no necesita verificación.

DISEÑO DE C

ERCHAS

La cercha es de fácil y rápida confección, puede ser prefabricada o armada a pie de obra y su diseño le permite salvar grandes luces.

En las cerchas las cargas son transmitidas mediante las correas y cambios y recibidas por los pares.

En el caso en que el tirante sufra pandeo, se le agrega una pieza vertical denominada pendolón, que tiene por misión soportar al tirante por su punto medio con un estribo metálico que recibe el nombre de cuchillero.

El procedimiento a seguir en el diseño de cerchas es el siguiente:

a) Determinación de las cargas solicitantes.

REGLAS GENERALES PARA EL DISEÑO DE CERCHAS

b) Calculo de las solicitaciones en los diferentes elementos de la cercha.

c) Selección de la especie y grado de calidad a usar. En la selección de la especie dependerá del sitio en donde se ubicara la estructura y de las maderas más comunes de la zona. El grado de calidad debe seleccionarse en función de la resistencia que de la madera

d) Determinación de las escuadrías requeridas en los distintos elementos de la cercha.

e) Diseño de las uniones, considerando primero aquellas que soportan las solicitaciones mayores.

• Diagonales: pieza inclinada que une un par con el tirante.

• Péndola o montante: elemento vertical que une un punto del par con otro del tirante.

• Pendolón: elemento vertical que une un punto de la cumbrera con otro del tirante.

• Tirante: pieza horizontal de una cercha que une el extremo inferior de los pares e

impide que se separen.• Par o pierna: cada una de las dos

piezas inclinadas de un tijeral que forman las aguas de una techumbre.

ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA CERCHA:

TIPOS Y CLASIFICACION DE CERCHAS: Existen diferentes tipos de cerchas de madera las cuales se pueden clasificar de acurdo a los siguientes criterios:a) Según su forma: con cordón superior triangular, rectangular, curvo o combinaciones de ellos.

c) Según distribución de diagonales: Howe, Pratt, Fink.Howe: Está compuesta por

montantes que trabajan a la tracción y diagonales que lo hacen a la compre-sión. Es apta para ser trabajada en un mismo material

b) Según tipo de madera: aserrada, elaborada o cepillada, laminada encolada o mezclas de estas.

• Pratt: Consta de montantes verticales que trabajan a la compresión y diagonales a la tracción. Los elementos diagonales encargados de resistir el esfuerzo de tracción son más largos que los sometidos a la compresión. Se recomienda su uso para pendientes entre 25° y 45° y luces de hasta 30 m.

• Fink: Es la más usada para viviendas o estructuras livianas. Permite salvar luces de entre 12 a 18 m siempre que la pendiente sea superior a 45°.

C) Por sus secciones: se hace referencia a la posibilidad de duplicar o triplicar según sea el caso, los pares, diagonales, tirantes, montantes• Sección Simple: En esta sección

los pares, diagonales, y el cordón, van en un mismo plano, Esto las hace fácil de armar. La unión de los nudos se debe hacer por medio de tableros estructurales contrachapados, o placas perforadas o dentadas

• Cercha Compuesta: tiene la particularidad de tener piezas adecuadamente interconectadas para funcionar como una unidad. El hecho de tener elementos dobles o triples da mayor rigidez y facilita la solución de nudos al coincidir los ejes neutros de los distintos elementos. Su unión se realiza por medio de clavos, pernos, pasadores o conectores, así como elementos mecánicos de unión.

e) Según tipo de cordones: ya sean de uno, dos o varios elementos. En el caso decordones superiores e inferiores con dos elementos, las diagonales se ubicarán entreellos.

DISEÑO DE E

NTREPIS

OS

Es un elemento estructural que conforman un entramado de piso y entrepisos que se apoya sobre un conjunto de:

La construcción de un entrepiso es una manera económica de ganar espacio, reducir la altura de una construcción, y darle mayor funcionalidad al espacio. En el reciclado de casas, la construcción de entrepisos es un recurso muy empleado, porque baja significativamente los costos de construcción.

• Vigas • Columnas• Tabique• Muros

En las vigas descarga todo el peso del entrepiso, el mobiliario y el peso en movimiento de las personas. De acuerdo al esfuerzo calculado, se decidirá la manera en que se descargará el peso de la estructura, ya sea apoyándose sobre pilares, vigas laterales de apoyo, o sobre soportes amurados, o recurriendo a trabajos de albañilería, amurando las vigas

VARIANTES DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN ENTREPISO:

Económica y liviana son los entrepisos de madera, con una estructura simple de vigas , sobre las cuales se apoya un piso de madera machimbrada.

La luz recomendada entre vigas, no debe superar los 70cm, de eje a eje de viga.

LAS PARTES DE UN ENTREPISO:

1. Pavimentos.2. Losa de hormigón (esta es

opcional)3. Revestimiento superior4. Estructura5. Aislamiento termo acústica.6. Estructura del cielo raso.7. Revestimiento interior.

DISEÑO DE T

ECHOS

Es un sistema que esta compuesto por una serie de vigas que casi siempre van inclinada, y un conjunto de armaduras.

El techo se apoya sobre tabiques de madera, muros de mamposteria o sobre vigas principales de madera u otro material.

• Cumbrera: arista superior horizontal más alta que separados aguas de la techumbre.

SUS COMPONENTES:

• Techumbre en cola de pato: prolongación de la cumbrera y de las aguas que ésta divide, que conforma un alero especial como protección de un paramento (en el cual normalmente se ubica una ventana o una celosía para ventilación de la techumbre).

• Limahoyas: elemento angosto que va sobre la arista inclinada que se genera en la intersección de dos aguas, recibiendo y canalizando las aguas lluvias.

• Frontón: tabique soportante, generalmente triangular, con el

que se remata la techumbre. 

• Limatón o limatesa: elemento angosto que va sobre la arista inclinada que se genera en la intersección de dosaguas, separando el escurrimiento de las aguas lluvias.

LOS TECHOS PUEDEN SER:• Plano.• Con Pendiente.• Curvo.

DISEÑO

ARQUITECTÓ

NICO

VIVIENDA UNIFAMILIA

R

DISEÑO ARQUITECTÓNICO

VIVIENDA UNIFAMILIAR